Flash,EEPROM,EMMC,ISSD,NAND

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Flash,EEPROM,EMMC,ISSD,NANDMAR.7th2016IP3:Tracy.Li2020/5/25深圳英众世纪智能科技有限公司上海英众信息科技有限公司2020/5/25深圳英众世纪智能科技有限公司上海英众信息科技有限公司Flash闪存的英文名称是FlashMemory,一般简称为Flash,它属于内存器件的一种。不过闪存的物理特性与常见的内存有根本性的差异:目前各类DDR、SDRAM或者RDRAM都属于挥发性内存,只要停止电流供应内存中的数据便无法保持,因此每次电脑开机都需要把数据重新载入内存;闪存则是一种不挥发性(Non-Volatile)内存,在没有电流供应的条件下也能够长久地保持数据,其存储特性相当于硬盘,这项特性正是闪存得以成为各类便携型数字设备的存储介质的基础。NAND闪存的存储单元则采用串行结构,存储单元的读写是以页和块为单位来进行(一页包含若干字节,若干页则组成储存块,NAND的存储块大小为8到32KB),这种结构最大的优点在于容量可以做得很大,超过512MB容量的NAND产品相当普遍,NAND闪存的成本较低,有利于大规模普及。2020/5/25深圳英众世纪智能科技有限公司上海英众信息科技有限公司NAND闪存的缺点在于读速度较慢,它的I/O端口只有8个,比NOR要少多了。这区区8个I/O端口只能以信号轮流传送的方式完成数据的传送,速度要比NOR闪存的并行传输模式慢得多。再加上NAND闪存的逻辑为电子盘模块结构,内部不存在专门的存储控制器,一旦出现数据坏块将无法修,可靠性较NOR闪存要差。NAND闪存被广泛用于移动存储、数码相机、MP3播放器、掌上电脑等新兴数字设备中。由于受到数码设备强劲发展的带动,NAND闪存一直呈现指数级的超高速增长.NOR和NAND是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。Intel于1988年首先开发出NORflash技术,彻底改变了原先由EPROM和EEPROM一统天下的局面。紧接着,1989年,东芝公司发表了NANDflash结构,强调降低每比特的成本,更高的性能,并且象磁盘一样可以通过接口轻松升级。但是经过了十多年之后,仍然有相当多的硬件工程师分不清NOR和NAND闪存。2020/5/25深圳英众世纪智能科技有限公司上海英众信息科技有限公司相“flash存储器”经常可以与相“NOR存储器”互换使用。许多业内人士也搞不清楚NAND闪存技术相对于NOR技术的优越之处,因为大多数情况下闪存只是用来存储少量的代码,这时NOR闪存更适合一些。而NAND则是高数据存储密度的理想解决方案。NOR的特点是芯片内执行(XIP,eXecuteInPlace),这样应用程序可以直接在flash闪存内运行,不必再把代码读到系统RAM中。NOR的传输效率很高,在1~4MB的小容量时具有很高的成本效益,但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。NAND结构能提供极高的单元密度,可以达到高存储密度,并且写入和擦除的速度也很快。应用NAND的困难在于flash的管理和需要特殊的系统接口。2020/5/25深圳英众世纪智能科技有限公司上海英众信息科技有限公司性能比较flash闪存是非易失存储器,可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程。任何flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行,所以大多数情况下,在进行写入操作之前必须先执行擦除。NAND器件执行擦除操作是十分简单的,而NOR则要求在进行擦除前先要将目标块内所有的位都写为0。由于擦除NOR器件时是以64~128KB的块进行的,执行一个写入/擦除操作的时间为5s,与此相反,擦除NAND器件是以8~32KB的块进行的,执行相同的操作最多只需要4ms。执行擦除时块尺寸的不同进一步拉大了NOR和NADN之间的性能差距,统计表明,对于给定的一套写入操作(尤其是更新小文件时),更多的擦除操作必须在基于NOR的单元中进行。这样,当选择存储解决方案时,设计师必须权衡以下的各项因素。●NOR的读速度比NAND稍快一些。●NAND的写入速度比NOR快很多。●NAND的4ms擦除速度远比NOR的5s快。●大多数写入操作需要先进行擦除操作。●NAND的擦除单元更小,相应的擦除电路更少。2020/5/25深圳英众世纪智能科技有限公司上海英众信息科技有限公司接口差别NORflash带有SRAM接口,有足够的地址引脚来寻址,可以很容易地存取其内部的每一个字节。NAND器件使用复杂的I/O口来串行地存取数据,各个产品或厂商的方法可能各不相同。8个引脚用来传送控制、地址和数据信息。NAND读和写操作采用512字节的块,这一点有点像硬盘管理此类操作,很自然地,基于NAND的存储器就可以取代硬盘或其他块设备。容量和成本NANDflash的单元尺寸几乎是NOR器件的一半,由于生产过程更为简单,NAND结构可以在给定的模具尺寸内提供更高的容量,也就相应地降低了价格。NORflash占据了容量为1~16MB闪存市场的大部分,而NANDflash只是用在8~128MB的产品当中,这也说明NOR主要应用在代码存储介质中,NAND适合于数据存储,NAND在CompactFlash、SecureDigital、PCCards和MMC存储卡市场上所占份额最大。2020/5/25深圳英众世纪智能科技有限公司上海英众信息科技有限公司可靠性和耐用性采用flahs介质时一个需要重点考虑的问题是可靠性。对于需要扩展MTBF的系统来说,Flash是非常合适的存储方案。可以从寿命(耐用性)、位交换和坏块处理三个方面来比较NOR和NAND的可靠性。寿命(耐用性)在NAND闪存中每个块的最大擦写次数是一百万次,而NOR的擦写次数是十万次。NAND存储器除了具有10比1的块擦除周期优势,典型的NAND块尺寸要比NOR器件小8倍,每个NAND存储器块在给定的时间内的删除次数要少一些。2020/5/25深圳英众世纪智能科技有限公司上海英众信息科技有限公司位交换所有flash器件都受位交换现象的困扰。在某些情况下(很少见,NAND发生的次数要比NOR多),一个比特位会发生反转或被报告反转了。一位的变化可能不很明显,但是如果发生在一个关键文件上,这个小小的故障可能导致系统停机。如果只是报告有问题,多读几次就可能解决了。当然,如果这个位真的改变了,就必须采用错误探测/错误更正(EDC/ECC)算法。位反转的问题更多见于NAND闪存,NAND的供应商建议使用NAND闪存的时候,同时使用EDC/ECC算法。这个问题对于用NAND存储多媒体信息时倒不是致命的。当然,如果用本地存储设备来存储操作系统、配置文件或其他敏感信息时,必须使用EDC/ECC系统以确保可靠性。2020/5/25深圳英众世纪智能科技有限公司上海英众信息科技有限公司坏块处理NAND器件中的坏块是随机分布的。以前也曾有过消除坏块的努力,但发现成品率太低,代价太高,根本不划算。NAND器件需要对介质进行初始化扫描以发现坏块,并将坏块标记为不可用。在已制成的器件中,如果通过可靠的方法不能进行这项处理,将导致高故障率。易于使用可以非常直接地使用基于NOR的闪存,可以像其他存储器那样连接,并可以在上面直接运行代码。由于需要I/O接口,NAND要复杂得多。各种NAND器件的存取方法因厂家而异。在使用NAND器件时,必须先写入驱动程序,才能继续执行其他操作。向NAND器件写入信息需要相当的技巧,因为设计师绝不能向坏块写入,这就意味着在NAND器件上自始至终都必须进行虚拟映射。2020/5/25深圳英众世纪智能科技有限公司上海英众信息科技有限公司软件支持当讨论软件支持的时候,应该区别基本的读/写/擦操作和高一级的用于磁盘仿真和闪存管理算法的软件,包括性能优化。在NOR器件上运行代码不需要任何的软件支持,在NAND器件上进行同样操作时,通常需要驱动程序,也就是内存技术驱动程序(MTD),NAND和NOR器件在进行写入和擦除操作时都需要MTD。使用NOR器件时所需要的MTD要相对少一些,许多厂商都提供用于NOR器件的更高级软件,这其中包括M-System的TrueFFS驱动,该驱动被WindRiverSystem、Microsoft、QNXSoftwareSystem、Symbian和Intel等厂商所采用。驱动还用于对DiskOnChip产品进行仿真和NAND闪存的管理,包括纠错、坏块处理和损耗平衡。2020/5/25深圳英众世纪智能科技有限公司上海英众信息科技有限公司EEPROMEEPROM,或写作E2PROM,全称电子抹除式可复写只读存储器(英语:Electrically-ErasableProgrammableRead-OnlyMemory),是一种可以通过电子方式多次复写的半导体存储设备,可以在电脑上或专用设备上擦除已有信息,重新编程。相比EPROM,EEPROM不需要用紫外线照射,也不需取下,就可以用特定的电压,来抹除芯片上的信息,以便写入新的数据。2020/5/25深圳英众世纪智能科技有限公司上海英众信息科技有限公司基本原理由EPROM操作的不便,后来出的主板上BIOSROM芯片大部分都采用EEPROM(ElectricallyErasableProgrammableROM,电可擦除可编程ROM)。EEPROM的擦除不需要借助于其它设备,它是以电子信号来修改其内容的,而且是以Byte为最小修改单位,不必将资料全部洗掉才能写入,彻底摆脱了EPROMEraser和编程器的束缚。EEPROM在写入数据时,仍要利用一定的编程电压,此时,只需用厂商提供的专用刷新程序就可以轻而易举地改写内容,所以,它属于双电压芯片。借助于EEPROM芯片的双电压特性,可以使BIOS具有良好的防毒功能,在升级时,把跳线开关打至“off”的位置,即给芯片加上相应的编程电压,就可以方便地升级;平时使用时,则把跳线开关打至“ON”的位置,防止CIH类的病毒对BIOS芯片的非法修改。所以,至今仍有不少主板采用EEPROM作为BIOS芯片并作为自己主板的一大特色。2020/5/25深圳英众世纪智能科技有限公司上海英众信息科技有限公司发展背景在微机的发展初期,BIOS都存放在ROM(ReadOnlyMemory,只读存储器)中。ROM内部的资料是在ROM的制造工序中,在工厂里用特殊的方法被烧录进去的,其中的内容只能读不能改,一旦烧录进去,用户只能验证写入的资料是否正确,不能再作任何修改。如果发现资料有任何错误,则只有舍弃不用,重新订做一份。ROM是在生产线上生产的,由于成本高,一般只用在大批量应用的场合。EEPROM由于ROM制造和升级的不便,后来人们发明了PROM(ProgrammableROM,可编程ROM)。最初从工厂中制作完成的PROM内部并没有资料,用户可以用专用的编程器将自己的资料写入,但是这种机会只有一次,一旦写入后也无法修改,若是出了错误,已写入的芯片只能报废。PROM的特性和ROM相同,但是其成本比ROM高,而且写入资料的速度比ROM的量产速度要慢,一般只适用于少量需求的场合或是ROM量产前的验证。2020/5/25深圳英众世纪智能科技有限公司上海英众信息科技有限公司EPROM(ErasableProgrammableROM,可擦除可编程ROM)芯片可重复擦除和写入,解决了PROM芯片只能写入一次的弊端。EPROM芯片有一个很明显的特征,在其正面的陶瓷封装上,开有一个玻璃窗口,透过该窗口,可以看到其内部的集成电路,紫外线透过该孔照射内部芯片就可以擦除其内的数据,完成芯片擦除的操作要用到EPROM擦除器。EPROM内资料的写入要用专用的编程器,并且往芯片中写内容时必须要加一定的编程电压(VPP=12~24V,随不同的芯片型号而定)。EPROM的型号是以27开头的,如27C020(8*256K)是一片2MBits容量的EPROM芯片。EPROM芯片在写入资料后,还要以不透光的贴纸或胶布把窗口封住,以免受到周围的紫外线照射而使资料受损。2020/5/25深圳英众世纪智能科技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